KR102604327B1 - 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 및 이의 제조방법 - Google Patents
고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 이트륨 산화물 및 칼슘 산화물이 동시에 안정화제로 고용되어 산소 이온 전도도가 높고 고온 수전해 환경에서 내구도가 뛰어난 장점이 있다.
Description
본 발명은 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 지구 온난화에 따른 환경 문제가 대두됨에 따라, 지구 온난화를 유발하는 온실가스의 배출을 줄이기 위한 다양한 노력들이 계속되고 있다. 특히 지구 온난화의 가장 큰 원인으로 평가되는 이산화탄소는 화석 연료의 사용으로 배출된다. 이에, 이산화탄소를 배출하는 화석연료를 중심으로 하는 에너지 시스템에서 벗어나 친환경적으로 에너지를 생산할 수 있는 친환경 에너지에 대한 수요 및 이에 따른 연구 개발이 급증하고 있다.
이러한 친환경 에너지들 중 가장 주목받는 것은 수소이다. 수소는 연소되어도 물을 배출하고 이산화탄소를 배출하지 않으므로, 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 대체 에너지로 각광받고 있다. 이러한 수소는 다양한 생산방법으로 생산될 수 있으며, 구체적으로 화석 연료로부터 생산되는 그레이 수소 및 물로부터 수소를 얻는 그린 수소 등으로 나뉠 수 있다. 구체적으로 그린 수소는 태양광 또는 풍력 등과 같은 신재생에너지를 통해 얻은 전기에너지를 이용하여 물로부터 수소와 산소를 생산한다. 그레이 수소는 수소 자체의 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하며, 그린수소는 이산화탄소를 배출하지 않으므로 그린수소 생산 방법에 대한 연구 개발이 더욱 활발히 이루어지고 있다.
고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cells, 이하 SOFC라고 한다)와 고체산화물 전해셀(Solid Oxide Electrolysis Cells, SOEC)은 전극과 함께 산소 이온 전도성을 갖는 고체 전해질을 포함하며, 전기화학반응으로 전기 에너지를 생산하거나, 역반응으로 물을 전기분해하여 그린 수소를 생산할 수 있다.
수소를 생산하는 경우 고체산화물 전해셀은 고온의 스팀을 전기분해 하며, 이러한 고온 환경에서 전극 및 전해질이 쉽게 열화되어 반복 구동에 의해 전해셀의 수소 생산 효율이 빠른 시일 내에 낮아지는 문제점이 있다. 이에, 고온의 스팀 환경에서 내구도 저하를 최소화할 수 있으며, SOEC에 적합한 고체산화물 전해질의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 고체산화물 전해셀에 적용 시 높은 산소 이온 전도도를 가지며, 고온의 스팀 환경에서도 향상된 내구도를 갖는 고체산화물 전해셀을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 이트륨 산화물 및 칼슘 산화물이 동시에 안정화제로 치환 고용되며, 상기 화학식 1의 조성을 만족한다.
[화학식 1]
(Y2O3)x(CaO)y(ZrO2)1-x-y
화학식 1에서, x는 0.06 내지 0.1이며, y는 0.002 내지 0.012이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 상기 화학식 1에서 x가 0.065 내지 0.095인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 상기 화학식 1에서 y가 0.003 내지 0.01인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 면심 입방정 결정구조를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 850 ℃, 대기 분위기에서 초기 산소 이온 전도도가 0.052 S/cm 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 수소 : 수증기를 1:1의 부피비로 포함하는 850 ℃의 환원 분위기에서 초기 산소 이온 전도도가 0.053 S/cm 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 850 ℃의 환원 분위기에서 100시간 경과한 후 산소 이온 전도도 감소율이 10% 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법을 제공하며, 본 발명에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법은 하기 화학식 1의 조성을 만족하도록 이트륨 산화물, 칼슘 산화물 및 지르코늄 산화물을 혼합하여 복합분말을 제조하는 제 1단계;
상기 복합분말을 성형하여 성형체를 제조하는 제 2단계; 및
상기 성형체를 소결하는 제 3단계;를 포함한다.
[화학식 1]
(Y2O3)x(CaO)y(ZrO2)1-x-y
화학식 1에서, x는 0.06 내지 0.1이며, y는 0.002 내지 0.012이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법에서 상기 제 1단계는 습식 볼밀을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법에서 상기 소결은 1350 내지 1500 ℃에서 3 내지 10시간 동안 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 이트륨 산화물 및 칼슘 산화물이 동시에 안정화제로 치환 고용되며, 상기 화학식 1의 조성을 만족함으로써, 고온 수전해를 구동하는 환원 분위기에서 현저히 높은 내구성 및 높은 산소 이온 전도도를 나타내는 장점이 있다.
[화학식 1]
(Y2O3)x(CaO)y(ZrO2)1-x-y
화학식 1에서, x는 0.06 내지 0.1이며, y는 0.002 내지 0.012이다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 전해질 시편을 XRD(X-ray Diffraction) 분석하고 그 결과를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 전해질 시편을 대기 분위기에서 산소 이온 전도도를 측정하고 그 결과를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 전해질 시편을 환원 분위기에서 산소 이온 전도도를 측정하고 그 결과를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 전해질 시편을 대기 분위기에서 산소 이온 전도도를 측정하고 그 결과를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 전해질 시편을 환원 분위기에서 산소 이온 전도도를 측정하고 그 결과를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 이트륨 산화물 및 칼슘 산화물이 동시에 안정화제로 치환 고용되며, 하기 화학식 1의 조성을 만족한다.
[화학식 1]
(Y2O3)x(CaO)y(ZrO2)1-x-y
화학식 1에서, x는 0.06 내지 0.1이며, y는 0.002 내지 0.012이다.
본 발명에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 고온 수전해 환경에서 높은 산소 이온 전도도 및 내구도를 나타내어, 고체산화물 전해셀에 적용 시 높은 효율을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
상기 화학식에서 x는 0.06 내지 0.1, 좋게는 0.065 내지 0.095, 더욱 좋게는 0.075 내지 0.085일 수 있으며, 이트륨 산화물이 이러한 함량을 만족함으로써 높은 산소 이온 전도도를 나타낼 수 있는 특징이 있다.
상기 화학식에서 y는 0.002 내지 0.012, 좋게는 0.003 내지 0.01, 더욱 좋게는 0.0055 내지 0.01, 가장 좋게는 0.0065 내지 0.0085일 수 있다. 이러한 칼슘 산화물 함량을 만족함으로써, 환원 분위기에서 산소 이온 전도도가 저하되는 것을 예방할 수 있으며, 장기 구동시 높은 내구성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
상기 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 면심 입방정 결정구조를 가지는 특징이 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 칼슘 산화물을 치환 고용하여도 전해질의 결정 구조에 변화가 발생하지 않으며, 산소 이온 전도에 유리한 면심 입방정 결정구조를 유지할 수 있다.
상기 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 850 ℃, 대기 분위기에서 초기 산소 이온 전도도가 0.52 S/cm 이상, 좋게는 0.55 내지 0.65 S/cm의 산소 이온 전도도를 나타낼 수 있다. 이때, 초기 산소 이온 전도도라 함은 대기 분위기에 노출 직후 측정한 산소 이온 전도도를 의미한다.
아울러, 상기 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 수소 : 수증기를 1:1의 부피비로 포함하는 850 ℃의 환원 분위기에서, 초기 산소 이온 전도도가 0.053 S/cm 이상, 좋게는 0.055 S/cm 이상일 수 있으며, 100시간이 경과한 후 산소 이온 전도도 감소율이 10% 이하, 구체적으로 8% 이하, 더욱 구체적으로 7% 이하일 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 칼슘 산화물을 포함함으로써, 지르코니아 전해질이 쉽게 열화되는 환경에서도 우수한 초기 산소 이온 전도도를 나타내며, 장기 구동시에도 높은 내구성을 나타내는 특징이 있다.
본 발명은 또한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질을 제공한다.
본 발명에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 하기 화학식 1의 조성을 만족하도록 이트륨 산화물, 칼슘 산화물 및 지르코늄 산화물을 혼합하여 복합분말을 제조하는 제 1단계;
상기 복합분말을 성형하여 성형체를 제조하는 제 2단계; 및
상기 성형체를 소결하는 제 3단계;를 포함한다.
[화학식 1]
(Y2O3)x(CaO)y(ZrO2)1-x-y
화학식 1에서, x는 0.06 내지 0.1이며, y는 0.002 내지 0.012이다.
본 발명에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법으로 제조된 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 높은 산소 이온 전도도 및 환원 분위기에서 우수한 내구도를 나타내는 장점이 있다.
구체적으로, 상기 제 1단계는 습식 볼밀로 100 내지 200 rpm으로 수행될 수 있으며, 이때 습식 볼밀에 이용되는 용매는 탄소수 4 이하의 알코올을 이용할 수 있으며, 좋게는 에탄올 또는 이소프로판올을 이용할 수 있다. 또한 상기 제 1단계는 12 내지 36시간 동안 수행될 수 있다. 상세하게는 상기 용매는 상기 이트륨 산화물, 칼슘 산화물 및 지르코늄 산화물의 총 중량(이하 산화물 총중량이라 한다) 1 kg 당 1.5 내지 3.5 L 투입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법은 상기 제 1단계 후 습식 볼밀에 이용된 용매를 제거하는 건조 단계를 더 포함할 수 있으며, 이러한 건조 단계에 의하여 성형 및 소결 효율을 높이고 치밀한 지르코니아 전해질을 제조할 수 있다.
상기 제 2단계는 복합분말을 성형하여 성형체를 제조하며, 제조된 성형체를 소결함으로써 산소 이온 전도도가 우수한 지르코니아 전해질을 제조할 수 있다. 이때 상기 제 2단계는 통상적으로 소결 전 성형에 이용되는 방법인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 구체적으로 일축 가압 프레스 성형을 이용할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가 상기 제 2단계는 1 ㎠ 당 0.7 내지 1.5 톤의 압력을 가하여 수행될 수 있으며, 성형체 제조 시 가해지는 압력이 낮은 경우 제조되는 지르코니아 전해질의 치밀도가 낮아지며, 이에 따라 산소 이온 전도도가 낮아질 수 있다.
상기 제 3단계는 성형체를 소결하는 단계로, 상기 제 3단계에서 최고 온도는 1350 내지 1500 ℃, 좋게는 1400 내지 1500 ℃일 수 있다. 소결 시 최고온도가 낮은 경우 치밀한 지르코니아 전해질을 형성하기 어려우며, 소결 시 최고온도가 높더라도 치밀도는 더 이상 높아지지 않으며 전해질 생산에 불필요하게 많은 에너지가 소모될 수 있다.
좋게는 상기 제 3단계는 상기 최고 온도에 도달할 때 까지 분당 3 내지 8 ℃의 속도로 승온할 수 있으며, 승온 속도가 낮은 경우 지르코니아 전해질의 생산효율이 낮아질 수 있고, 승온 속도가 높은 경우 급격한 온도변화에 의하여 지르코니아 전해질의 물성 저하가 발생할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 및 비교예]
99.9% 이상의 순도를 갖는 Y2O3, CaO, ZrO2 분말을 원료로 고상 소결반응을 통해 지르코니아 전해질 소결체를 제조하였다.
먼저 하기 표 1의 조성에 따라 원료 소재들을 칭량하고, 지르코니아 볼과 에탄올 용매를 이용하여 150 rpm으로 24시간 동안 볼밀 하여 혼합 슬러리를 제조하였다. 구체적으로 볼밀 시 금속 산화물 원료/용매의 비율은 0.5 kg/1L이며, 볼은 용기 높이의 55%가 되도록 투입하였다. 제조된 혼합 슬러리를 80 ℃에서 에탄올이 모두 제거될 때 까지 건조하여 건조된 복합 분말을 제조하였다.
건조된 복합 분말을 4 × 4 ㎝ 크기의 프레스금형에 투입한 뒤, 4 metric ton의 압력을 가하여 일축 가압프레스를 통해 성형체를 제조하였다. 제조된 성형체는 대기 중에서 분당 5℃의 승온 속도로 1450 ℃까지 승온한 뒤, 1450 ℃에서 5시간 동안 소결하였다.
| 샘플 번호 | 샘플명 | 조성 |
| E0 | 8YSZ | (Y2O3)0.08(ZrO2)0.92 |
| E1 | 8Y0.25CaSZ | (Y2O3)0.08(CaO)0.0025(ZrO2)0.9175 |
| E2 | 8Y0.5CaSZ | (Y2O3)0.08(CaO)0.005(ZrO2)0.915 |
| E3 | 8Y0.75CaSZ | (Y2O3)0.08(CaO)0.0075(ZrO2)0.9125 |
| E4 | 8Y1CaSZ | (Y2O3)0.08(CaO)0.01(ZrO2)0.91 |
결정구조 확인
도 1은 제조된 각 시편을 XRD(X-ray Diffraction)로 분석한 뒤, 그 결과를 도시한 것이다.
도 1을 참고하면, 칼슘의 함량이 증가하더라도 X선 회절 패턴에는 차이가 나타나지 않으며, 칼슘 함량이 증가하더라도 면심 입방정 구조를 유지하는 것을 확인할 수 있다.
대기중에서 산소 이온 전도도 확인
각 샘플을 가로 2mm, 세로 2mm 및 길이 20mm 크기의 바(bar) 형태로 가공한 후 직류 4단자법을 이용하여 850 ℃에서 산소 이온 전도도를 측정하였다. 구체적으로, 850 ℃ 대기 분위기에서 9.5시간 동안 각 전해질 시편들의 산소 이온 전도도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2 및 도 2로 나타내었다.
| 측정시간(h) | 산소 이온 전도도(S/cm) | ||||
| E0 | E1 | E2 | E3 | E4 | |
| 초기 | 0.0522 | 0.0523 | 0.0528 | 0.0584 | 0.0571 |
| 1 | 0.0518 | 0.0522 | 0.0529 | 0.0584 | 0.0572 |
| 2 | 0.0514 | 0.052 | 0.053 | 0.0582 | 0.057 |
| 3 | 0.0511 | 0.0515 | 0.053 | 0.0584 | 0.0569 |
| 4 | 0.0508 | 0.0513 | 0.0529 | 0.0584 | 0.0568 |
| 5 | 0.0505 | 0.051 | 0.0532 | 0.0582 | 0.057 |
| 6 | 0.0502 | 0.0508 | 0.0531 | 0.058 | 0.0569 |
| 7 | 0.05 | 0.0509 | 0.053 | 0.058 | 0.0571 |
| 8 | 0.0496 | 0.0506 | 0.0528 | 0.0575 | 0.057 |
| 9 | 0.0493 | 0.0505 | 0.0526 | 0.0574 | 0.0571 |
| 9.5 | 0.0493 | 0.0504 | 0.0523 | 0.0574 | 0.0568 |
도 2 및 표 2를 참고하면, 전반적으로 CaO의 함량이 증가하면 초기 이온 전도도가 높아지고, 시간이 경과함에 따른 산소 이온 전도도의 하락폭이 감소하는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여 CaO의 함량이 높아지면 격자 내부의 산소 공공이 증가하면서 산소 이온 전도도가 높아지고 결정구조 안정화에 도움을 주어 작동 시간에 따른 산소 이온 전도도의 저하를 방지하는 것으로 볼 수 있다.
다만, CaO의 함량이 더욱 높은 E4보다 E3의 산소 이온 전도도가 소폭 높은 것을 확인할 수 있는데, 이는 CaO의 함량이 과도하게 높아짐에 따라 산소 공공들의 일부가 산소 이온 클러스터를 형성하여 오히려 산소 이온 전도도가 낮아지는 것으로 판단할 수 있다.
환원 분위기에서 산소 이온 전도도 확인
각 전해질 시편들의 환원 분위기에서 산소 이온 전도도를 측정하고 그 결과를 도 3 및 표 3으로 나타내었다. 구체적으로 산소 이온 전도도 측정방법은 대기중에서와 동일한 방법을 이용하였으며, 다만 850 ℃ 환원 분위기(H2 : H2O = 1:1(vol%))에서 100시간 동안 산소 이온 전도도를 측정하였다.
| 측정시간(h) | 산소 이온 전도도(S/cm) | ||||
| E0 | E1 | E2 | E3 | E4 | |
| 초기 | 0.0284 | 0.0455 | 0.0526 | 0.0577 | 0.059 |
| 10 | 0.0275 | 0.044 | 0.0518 | 0.0571 | 0.586 |
| 20 | 0.0267 | 0.0441 | 0.0518 | 0.0569 | 0.0577 |
| 30 | 0.0258 | 0.0455 | 0.0507 | 0.0557 | 0.0568 |
| 40 | 0.0263 | 0.0432 | 0.0493 | 0.0556 | 0.0561 |
| 50 | 0.0251 | 0.0445 | 0.0485 | 0.0559 | 0.0562 |
| 60 | 0.0247 | 0.0417 | 0.0499 | 0.0544 | 0.056 |
| 70 | 0.0245 | 0.0399 | 0.0486 | 0.0543 | 0.055 |
| 80 | 0.024 | 0.0417 | 0.0497 | 0.0546 | 0.0566 |
| 90 | 0.024 | 0.0417 | 0.0487 | 0.0541 | 0.0567 |
| 100 | 0.0236 | 0.0405 | 0.047 | 0.0541 | 0.0546 |
도 3 및 표 3을 참고하면, E3 및 E4의 전해질이 가장 높은 초기 산소 이온 전도를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 시간 경과에 따른 전도도 저하 또한 가장 낮은 것을 확인할 수 있다.
하기 표 4는 대기 및 환원 분위기에서 초기 산소 이온 전도도 측정 결과를 비교한 것이다.
| 측정 환경 | 산소 이온 전도도(S/cm) | ||||
| E0 | E1 | E2 | E3 | E4 | |
| 대기중 | 0.0522 | 0.0523 | 0.052 | 0.0584 | 0.0571 |
| 환원 분위기 | 0.0284 | 0.0455 | 0.0526 | 0.0577 | 0.059 |
표 4를 참고하면, 칼슘 이온을 전혀 포함하지 않는 경우 실제 수전해 환경인 환원 분위기에서 산소 이온 전도도가 급격히 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 칼슘을 포함하는 경우 환원 분위기에서도 대기 중과 유사한 산소 이온 전도도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
아울러, 환원 분위기에서 장기 구동 안정성을 구체적으로 확인하기 위하여 초기 및 100시간이 경과한 후 산소 이온 전도도 값을 비교하여, 산소 이온 전도도 감소율을 계산한 뒤 그 결과를 하기 표 5로 나타내었다.
| 측정시간 | 산소 이온 전도도(S/cm) | ||||
| E0 | E1 | E2 | E3 | E4 | |
| 초기 | 0.0284 | 0.0455 | 0.0526 | 0.0577 | 0.059 |
| 100시간 | 0.0236 | 0.0405 | 0.047 | 0.0541 | 0.0546 |
| 감소율(%) | 16.90 | 10.99 | 10.64 | 6.24 | 7.45 |
표 5를 참고하면, 칼슘 산화물을 전혀 포함하지 않는 경우 초기 산소 이온 전도도도 낮지만, 시간 경과에 따른 전도도 저하가 가장 높은 것을 확인할 수 있으며, 반면 E3의 경우 100시간이 경과한 후에도 산소 이온 전도도 감소율이 7% 이하로 나타난 것을 확인할 수 있다.
Claims (10)
- 이트륨 산화물 및 칼슘 산화물이 동시에 안정화제로 치환 고용되며,
하기 화학식 1의 조성을 만족하며,
수소 : 수증기를 1:1의 부피비로 포함하는 850 ℃의 환원 분위기에서 100시간이 경과한 후 산소 이온 전도도 감소율이 7% 이하로 감소하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질.
[화학식 1]
(Y2O3)x(CaO)y(ZrO2)1-x-y
(화학식 1에서, x는 0.065 내지 0.095이며, y는 0.0065 내지 0.0085이다.)
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 면심 입방정 결정구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질.
- 제 1항에 있어서,
상기 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 850 ℃, 대기 분위기에서 초기 산소 이온 전도도가 0.052 S/cm 이상인 것을 특징으로 하는 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질.
- 제 1항에 있어서,
상기 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질은 수소 : 수증기를 1:1의 부피비로 포함하는 850 ℃의 환원 분위기에서 초기 산소 이온 전도도가 0.053 S/cm 이상인 것을 특징으로 하는 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질.
- 삭제
- 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법으로서,
하기 화학식 1의 조성을 만족하도록 이트륨 산화물, 칼슘 산화물 및 지르코늄 산화물을 혼합하여 복합분말을 제조하는 제 1단계;
상기 복합분말을 성형하여 성형체를 제조하는 제 2단계; 및
상기 성형체를 소결하는 제 3단계;를 포함하며,
제조된 전해질이 수소 : 수증기를 1:1의 부피비로 포함하는 850 ℃의 환원 분위기에서 100시간이 경과한 후 산소 이온 전도도 감소율이 7% 이하로 감소하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법.
[화학식 1]
(Y2O3)x(CaO)y(ZrO2)1-x-y
(화학식 1에서, x는 0.065 내지 0.095이며, y는 0.0065 내지 0.0085이다.)
- 제 8항에 있어서,
상기 제 1단계는 습식 볼밀을 이용하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 소결은 1350 내지 1500 ℃에서 3 내지 10시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 전해셀용 지르코니아 전해질 제조방법.
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2023
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